多孔碳材料的制备及其在下一代储能电池中的性能研究

来源 :合肥工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:slksm
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现今,随着传统能源煤、石油以及天然气等储备量的不断匮乏和人们对环境保护意识的提高,人们对新型电化学储能的研究越发紧迫。目前具有较好发展前途的电化学储能系统包括锂硫电池、钠离子电池等,而这些储能系统性能的进一步提升离不开电极材料的开发。多孔碳材料作为新型碳材料具有价格低廉,环境友好,高比表面积及孔结构可调性等优点,因而在锂硫电池、钠离子电池等储能体系得到了广泛应用。本论文主要围绕多孔碳的制备合成及其在锂硫电池和钠离子电池中电化学性能进行了研究,主要完成了以下工作:首先,本文将三种不同多孔碳材料(科琴碳KB、卡博特导电碳黑BP2000和有序介孔碳纳米球OMCN)分别与硫复合制备复合材料,并进行测试与分析。结果表明,具有较大比表面积和孔容的S/KB表现出优异的电化学性能。高比表面积给单质硫提供更多的反应表面,从而增加硫的利用率,降低电池的极化效应和提高倍率性能;高孔容能够有效地抑制多硫化物引起的穿梭效应,还能够提供快速的离子通道,保证了锂硫电池的循环稳定性。其次,本文通过调节中间相调制温度和碳化温度,研究其对沥青基硬炭在钠离子电池中的电化学性能影响。结果表明,采用中间相调制温度为220℃,碳化温度为900℃时制备的沥青基硬碳材料能够明显提高电池的首次库伦效率和可逆放电容量,其首次库伦效率高达73%,50次循环后,其放电容量仍保持在227mAh g-1,表现出了良好的储钠性能。最后,将制备的沥青基硬碳(HC-P)与水热法制备的葡萄糖基硬碳(HC-G)和蔗糖基硬碳(HC-S)对比测试其在锂离子电池和钠离子电池中的电化学性能。研究结果表明,HC-G和HC-S的在锂离子电池中首次库伦效率为44%和52%,在钠离子电池中则降为31%和39%,这与其较小的石墨层难以插入钠离子有关;而HC-P的首次库伦效率从60%提高73%,100次循环后其容量仍有220mAhg-1,这是由于乱层堆积结构的石墨层更有利于钠离子的插入,而较小尺寸的锂离子则是吸附在石墨层的两个表面,从而HC-P在钠电池中表现出了更高的首次库伦效率。
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